JP3057322B2 - 構造体の動的変形を解析する方法及びそのためのファイバーオプティック干渉計システム - Google Patents
構造体の動的変形を解析する方法及びそのためのファイバーオプティック干渉計システムInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
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- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35383—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、構造体またはその部分が時間とともに強度
および方向が変化する力にさらされた時この構造体また
はその部分の変形の変化を決定する目的で、この構造体
またはその部分の動的変形を測定する方法および装置に
関する。
および方向が変化する力にさらされた時この構造体また
はその部分の変形の変化を決定する目的で、この構造体
またはその部分の動的変形を測定する方法および装置に
関する。
ことに、本発明方法および装置は、接近困難およびま
たは不良環境にありたとえば従来の伸び計や加速度計の
ような伝統的な計測装置の使用が実行不能であるか役に
立たないような場合における物体の動的変形の決定に関
するものである。
たは不良環境にありたとえば従来の伸び計や加速度計の
ような伝統的な計測装置の使用が実行不能であるか役に
立たないような場合における物体の動的変形の決定に関
するものである。
時間とともに変化する力にさらされている物体の変形
の変化を決定することは、たとえばその振動モードおよ
びその内部における応力の分布および形式のような性質
を知ること、外部から受けるが他の方法では充分な精度
で決定することができない応力を知ること、物体の損傷
を回避するのにどのような手段をとったらよいかを知る
こと、さらには物体の構造状態をたしかめる診断をする
ことのために有用である。
の変化を決定することは、たとえばその振動モードおよ
びその内部における応力の分布および形式のような性質
を知ること、外部から受けるが他の方法では充分な精度
で決定することができない応力を知ること、物体の損傷
を回避するのにどのような手段をとったらよいかを知る
こと、さらには物体の構造状態をたしかめる診断をする
ことのために有用である。
以下の記載において本発明の非限定的な実施例として
原油生産における典型的な実施例、ことに通常ライザと
して知られる上方に延びるパイプについて述べる。ライ
ザは、海中の炭化水素鉱床の坑口と海面のプラットホー
ム（たとえばTLPすなわちテンションレグプラットホー
ム）または浮力スラストおよびまたは推進力により張力
状態に維持されて海床に対して相対位置を保つようにし
た浮遊手段とを接続するパイプである。
原油生産における典型的な実施例、ことに通常ライザと
して知られる上方に延びるパイプについて述べる。ライ
ザは、海中の炭化水素鉱床の坑口と海面のプラットホー
ム（たとえばTLPすなわちテンションレグプラットホー
ム）または浮力スラストおよびまたは推進力により張力
状態に維持されて海床に対して相対位置を保つようにし
た浮遊手段とを接続するパイプである。
本発明による装置はまた、たとえばラチス構造の橋、
クレーン、長距離送電線用のラチス構造体、機械部品な
どの可変荷重ないしは周期変動応力にさらされるラチス
構造体またはその部分のような他技術分野における動的
変形の決定にも用いることができる。
クレーン、長距離送電線用のラチス構造体、機械部品な
どの可変荷重ないしは周期変動応力にさらされるラチス
構造体またはその部分のような他技術分野における動的
変形の決定にも用いることができる。
ライザについての後述する実施例においては、ライザ
パイプは、その破損が環境被害と鉱床作業の長期中断と
の両方をまねく結果となりその回復に相当の費用を要す
るゆえに、海底炭化水素鉱床の作業に関する構造基盤の
最もデリケートな部分のひとつである。
パイプは、その破損が環境被害と鉱床作業の長期中断と
の両方をまねく結果となりその回復に相当の費用を要す
るゆえに、海底炭化水素鉱床の作業に関する構造基盤の
最もデリケートな部分のひとつである。
このようなライザは、プラットホームないしは浮遊船
を海床に対するその正確な位置に維持するための錨泊力
からできるだけ自由であるように保持される。しかしな
がら海浪、潮流、風などのため、ライザにも周期的な動
きないしは応力が作用するので、これを常時監視しなけ
ればならない。
を海床に対するその正確な位置に維持するための錨泊力
からできるだけ自由であるように保持される。しかしな
がら海浪、潮流、風などのため、ライザにも周期的な動
きないしは応力が作用するので、これを常時監視しなけ
ればならない。
ライザのような物体の変形を測定するのに本発明によ
る装置は光ファイバによる伸び測定を行なうのである。
る装置は光ファイバによる伸び測定を行なうのである。
基本的には、ファイバ−オプティックトランスジュー
サが変形を光の主パラメータの変化すなわち強度、偏光
および位相の変化に置き換える。
サが変形を光の主パラメータの変化すなわち強度、偏光
および位相の変化に置き換える。
ファイバ−オプティック伸び計トランスジューサは既
知であり、これは直接的測定または間接的測定のいずれ
かによりこれらの形式の変化のそれぞれを各別に利用す
るものである。
知であり、これは直接的測定または間接的測定のいずれ
かによりこれらの形式の変化のそれぞれを各別に利用す
るものである。
直接的測定の場合には、光ファイバは測定しようとす
る構造体の部分にしっかりと接続される。間接的測定の
場合には、構造体の変形が光ファイバを包含する装置に
作用するようにする。本発明が目的とする技術的課題を
解決するのに用いる時には、強度変化測定のためのファ
イバ−オプティック伸び計センサは絶対的な変形測定を
与え得るが、数々の欠点を有している。これらの欠点と
はたとえば感度および測定特性の非直線性、測定ベース
が制限されていること、周波数応答が制限されているこ
と、およびシステム信頼性に乏しいことなどである。
る構造体の部分にしっかりと接続される。間接的測定の
場合には、構造体の変形が光ファイバを包含する装置に
作用するようにする。本発明が目的とする技術的課題を
解決するのに用いる時には、強度変化測定のためのファ
イバ−オプティック伸び計センサは絶対的な変形測定を
与え得るが、数々の欠点を有している。これらの欠点と
はたとえば感度および測定特性の非直線性、測定ベース
が制限されていること、周波数応答が制限されているこ
と、およびシステム信頼性に乏しいことなどである。
同様に、偏光変化を測定する伸び計センサは非直線性
および外乱に対する感度が高いことの欠点を持ってい
る。
および外乱に対する感度が高いことの欠点を持ってい
る。
自己干渉計型の位相変化センサは直線性を有しかつ簡
単な構造ものであるが、たとえば光ファイバの両端に近
付く必要があることや周波数変調の問題のような他の欠
点がある。
単な構造ものであるが、たとえば光ファイバの両端に近
付く必要があることや周波数変調の問題のような他の欠
点がある。
これらとは対照的に本発明装置は、振動やゆっくりと
した変形の測定にレーザ光線源を用いてファイバ−オプ
ティックセンサを位相変化の干渉計測定に用いることに
基づくものである。
した変形の測定にレーザ光線源を用いてファイバ−オプ
ティックセンサを位相変化の干渉計測定に用いることに
基づくものである。
このような測定用センサは米国特許第4,420,260号お
よび同第4,652,129号に記載されている。これらの米国
特許は、光ファイバ中の伝送に関するノズルを抑制する
ことにより環境外乱により妨害されない測定を行なう技
術に関する。
よび同第4,652,129号に記載されている。これらの米国
特許は、光ファイバ中の伝送に関するノズルを抑制する
ことにより環境外乱により妨害されない測定を行なう技
術に関する。
これらのセンサでは、変形する機械的構造体にしっか
りと接続された光ファイバは幾何学的および光学的特性
に変化を生じて、たとえばガイド光に位相ラグを誘起す
る。
りと接続された光ファイバは幾何学的および光学的特性
に変化を生じて、たとえばガイド光に位相ラグを誘起す
る。
光ファイバ上に移された変形の積分値と光ビームの測
定された位相移動との間の関係は全測定範囲にわたって
直線性を有する。
定された位相移動との間の関係は全測定範囲にわたって
直線性を有する。
本発明に用いられるファイバ−オプティック干渉計セ
ンサが第１図に例示してある。
ンサが第１図に例示してある。
レーザ光線源２からのビーム１はビームスプリッタBS
によってふたつの部分に分割され、基準光線ビーム３と
測定ビーム４とを形成する。測定ビーム４は集束コネク
タＣに進み、次いで図示しない好適な従来型の集光系統
を介してセンサ光ファイバ５内へと送られる。
によってふたつの部分に分割され、基準光線ビーム３と
測定ビーム４とを形成する。測定ビーム４は集束コネク
タＣに進み、次いで図示しない好適な従来型の集光系統
を介してセンサ光ファイバ５内へと送られる。
この光ファイバはその平坦な端面に好適な薄い反射フ
ィルムを形成せしめることにより端部Ｍを反射面として
ある。光ファイバの小曲率半径に由来して生ずるビーム
４の光ファイバに沿う光線の偏光状態のばらつきを防止
するために、偏光維持ファイバを用いることが好都合で
ある。この場合遅延板HWPが入来光線の偏光面を光ファ
イバのふたつの主複屈折面のひとつと合致する。光ファ
イバ５からの戻りの光線ビームは遅延板HWPから出発し
た後端部Ｍで反射し光ファイバを反対方向に戻るが、こ
の戻りの光線ビームは測定に要求される情報すなわち光
位相変調を担持している。
ィルムを形成せしめることにより端部Ｍを反射面として
ある。光ファイバの小曲率半径に由来して生ずるビーム
４の光ファイバに沿う光線の偏光状態のばらつきを防止
するために、偏光維持ファイバを用いることが好都合で
ある。この場合遅延板HWPが入来光線の偏光面を光ファ
イバのふたつの主複屈折面のひとつと合致する。光ファ
イバ５からの戻りの光線ビームは遅延板HWPから出発し
た後端部Ｍで反射し光ファイバを反対方向に戻るが、こ
の戻りの光線ビームは測定に要求される情報すなわち光
位相変調を担持している。
この光位相変調は光ファイバの変形の状態に比例して
いる。
いる。
光ファイバ５はその端部部分７を符号８とＭとの間
で、測定しようとする本体６に剛に接続することにより
変形センサとして用いられる。さらに詳しくは、８とＭ
との間の本体部分において本体６の変形を測定すための
センサは光ファイバ部分７から成る。
で、測定しようとする本体６に剛に接続することにより
変形センサとして用いられる。さらに詳しくは、８とＭ
との間の本体部分において本体６の変形を測定すための
センサは光ファイバ部分７から成る。
戻りの光信号９はスプリッタBSにおいて基準光線ビー
ム３と干渉せしめられる。この点において基準光線ビー
ム３は鏡RMで反射されてすでに変調器UMを２回通ってい
る。変調器UMには変調コマンドUmが送られて干渉計系統
に好適な周波数並進を与え、機械的変形現象の符号を包
含する位相信号のよりよい再構成を許容する。スプリッ
タBSで発生した干渉計信号はホトディテクタPDによって
検出され電子ユニットに送られて信号を復調する。
ム３と干渉せしめられる。この点において基準光線ビー
ム３は鏡RMで反射されてすでに変調器UMを２回通ってい
る。変調器UMには変調コマンドUmが送られて干渉計系統
に好適な周波数並進を与え、機械的変形現象の符号を包
含する位相信号のよりよい再構成を許容する。スプリッ
タBSで発生した干渉計信号はホトディテクタPDによって
検出され電子ユニットに送られて信号を復調する。
ここに提案する形式の伸び計センサは次の理由によっ
てきわめて有利なものである。
てきわめて有利なものである。
（イ）極度に高感度であること （ロ）実際上測定ベースが限られていないこと （ハ）センサレスポンスが直線性であること （ニ）システム配置において適用範囲が大きいこと （ホ）通過帯域が広いこと （へ）測定変形値の動的許容性が大きいこと 本発明による装置は複数個の位相変調ファイバ−オプ
ティック干渉計センサを用いる。
ティック干渉計センサを用いる。
以下、典型的な実施例を第２図および第３図について
説明するが、本発明はこの特定の実施例に限定されるも
のではない。
説明するが、本発明はこの特定の実施例に限定されるも
のではない。
第２図に示すように、このセンサの光ファイバはそれ
ぞれ一束として互いに平行に束ねられている。一束の中
では各光ファイバは同一レベルから出発するが異なった
長さＬのものであり、従って剛に接続した構造体のその
部分の長さＬに生ずる変形を測定することができるので
ある。
ぞれ一束として互いに平行に束ねられている。一束の中
では各光ファイバは同一レベルから出発するが異なった
長さＬのものであり、従って剛に接続した構造体のその
部分の長さＬに生ずる変形を測定することができるので
ある。
光ファイバはまたひとつのケーブルに組み合せられ構
造体に固定されているが、本発明の好適な実施例によれ
ば異なった長さの平行な光ファイバの束は保護シース、
たとえばステンレス剛の保護シース内に収められて構造
体に固定されている。例をあげると、この保護シースは
溶接材を用いた連続溶接または点溶接により、凸面イン
サートを間挿することにより、接着材により、さらには
結ぶことにより構造体に固定することができる。一旦こ
の保護シースが固定されると、光ファイバはこの中に収
められているので構造体と同じように変形するのであ
る。
造体に固定されているが、本発明の好適な実施例によれ
ば異なった長さの平行な光ファイバの束は保護シース、
たとえばステンレス剛の保護シース内に収められて構造
体に固定されている。例をあげると、この保護シースは
溶接材を用いた連続溶接または点溶接により、凸面イン
サートを間挿することにより、接着材により、さらには
結ぶことにより構造体に固定することができる。一旦こ
の保護シースが固定されると、光ファイバはこの中に収
められているので構造体と同じように変形するのであ
る。
それぞれ長さLa・・・Lj・・・の光ファイバ7a・・・
7j・・・は構造体に取付けた伸び計センサを構成し、図
面ではパイプとして示すこの構造体に剛に固定したその
長さLa・・・Lj・・・にわたって変形を測定する。
7j・・・は構造体に取付けた伸び計センサを構成し、図
面ではパイプとして示すこの構造体に剛に固定したその
長さLa・・・Lj・・・にわたって変形を測定する。
正しい情報を得るためには、この変形の再構成は、構
造体の全長に沿う変形の変化を知るために、問題の構造
体の異なった長さから発する多量の信号の並列解析に基
づかなければならない。
造体の全長に沿う変形の変化を知るために、問題の構造
体の異なった長さから発する多量の信号の並列解析に基
づかなければならない。
また、ふたつの相互に鉛直をなす平面について変形を
決定することにより構造体の空間的変形を再構成するこ
とが必要であり、さらに本実施例の場合ライザに作用す
る軸線方向荷重の存在による軸線方向の変形成分を消去
することが必要である。この軸線方向荷重は少なくとも
このライザ自体の重量によるものである。
決定することにより構造体の空間的変形を再構成するこ
とが必要であり、さらに本実施例の場合ライザに作用す
る軸線方向荷重の存在による軸線方向の変形成分を消去
することが必要である。この軸線方向荷重は少なくとも
このライザ自体の重量によるものである。
これらの要求は第３図に示す本発明の好適な実施例に
よって満足せしめられている。この実施例においては位
相変調ファイバ−オプティックセンサは複数の同形の束
に分割されており、90度ごとに配置したセンサのダブル
アセンブリとして構造体上に配列してある。
よって満足せしめられている。この実施例においては位
相変調ファイバ−オプティックセンサは複数の同形の束
に分割されており、90度ごとに配置したセンサのダブル
アセンブリとして構造体上に配列してある。
モジュラー電光ユニット群UEOは、変形によって誘起
された位相変調をアナログ電気出力信号ｕに変換する。
各ユニットUEOは異なった形に配置したふたつの光ファ
イバと関連して、たわみに由来する変形状態だけが測定
されるようにする。長さLjの各部分にわたって、複対の
センサｊおよびjqが配置されており、ふたつの相互に鉛
直な平面における変形の点再構成を可能としている。
された位相変調をアナログ電気出力信号ｕに変換する。
各ユニットUEOは異なった形に配置したふたつの光ファ
イバと関連して、たわみに由来する変形状態だけが測定
されるようにする。長さLjの各部分にわたって、複対の
センサｊおよびjqが配置されており、ふたつの相互に鉛
直な平面における変形の点再構成を可能としている。
ｎ箇所の測定点には、4n個の伸び計センサと2n個の電
光ユニットがある。
光ユニットがある。
ユニットUEOjからの信号ujは電子ユニットUEjで処理
され、アナログ形式でデータ集積システムへ送られる。
信号ejは既知の一定乗数をもって位相変調値に直接的に
比例する。
され、アナログ形式でデータ集積システムへ送られる。
信号ejは既知の一定乗数をもって位相変調値に直接的に
比例する。
光ファイバ部分CIは変形または振動に由来する非通常
ノイズに対し感じ易い。
ノイズに対し感じ易い。
このノイズは米国特許第4,652,129号に記載されてい
る装置により消去できるし、また光ファイバ部分CIをで
きるだけ短かいものとしてこれを一定の位置に維持する
ことすなわちできるだけ変形に不感とすることにより、
充分に減少せしめることができる。
る装置により消去できるし、また光ファイバ部分CIをで
きるだけ短かいものとしてこれを一定の位置に維持する
ことすなわちできるだけ変形に不感とすることにより、
充分に減少せしめることができる。
光ファイバ部分IMは伸び計センサである。これは管状
の本体10と剛に接触していてこれと共に変形することが
できる。
の本体10と剛に接触していてこれと共に変形することが
できる。
ユニットUEOの概略が第４図に示してある。この光フ
ァイバ干渉計は周波数シフトまたは周波数変調のミシェ
ルソン型のものである。
ァイバ干渉計は周波数シフトまたは周波数変調のミシェ
ルソン型のものである。
入来するレーザ光線信号はスプリッタBSにおいてふた
つの信号に分けられて変調ユニットUMへ送られて周波数
シフトを提供する。
つの信号に分けられて変調ユニットUMへ送られて周波数
シフトを提供する。
この周波数シフトは適当な符号をもって変形の進展を
完全に再構成する目的にとって非常に都合のよいもので
ある。
完全に再構成する目的にとって非常に都合のよいもので
ある。
変調ユニットUMからのふたつのレーザ光線ビームはPB
S、FRおよびHWPで示す素子を介して光ファイバへ送られ
る。これらの素子は以下に述べる機能のものである。
S、FRおよびHWPで示す素子を介して光ファイバへ送られ
る。これらの素子は以下に述べる機能のものである。
（イ）素子BSおよびレーザの方向に再び干渉する光ファ
イバ内の戻りの信号を妨げること。
イバ内の戻りの信号を妨げること。
（ロ）光ファイバから生ずる全信号を回復すること。
（ハ）レーザ光線ビームを正しい偏光をもって測定光フ
ァイバ内へ送り込むこと。
ァイバ内へ送り込むこと。
レーザからの光線ビームは主複屈折軸線に沿って偏光
維持光ファイバ内に送られ、鏡面ファイバ端部Ｍで反射
される。偏光維持光ファイバは直線偏光光線が実質的に
その偏光状態を維持しているふたつの主伝播面を有する
という、その複屈折性によって与えられた特性を有する
単一モード光ファイバである。このような光ファイバの
使用は、偏光のふらつきに由来する妨害をなくし、良好
な干渉計感度特性を維持する。
維持光ファイバ内に送られ、鏡面ファイバ端部Ｍで反射
される。偏光維持光ファイバは直線偏光光線が実質的に
その偏光状態を維持しているふたつの主伝播面を有する
という、その複屈折性によって与えられた特性を有する
単一モード光ファイバである。このような光ファイバの
使用は、偏光のふらつきに由来する妨害をなくし、良好
な干渉計感度特性を維持する。
セパレータPBSで集められた戻りの光線はビームスプ
リッタBS内の干渉によって再結合される。
リッタBS内の干渉によって再結合される。
異なった形に配置されたホトダイオードPDは共通モー
ド強度ノイズを排除する。
ド強度ノイズを排除する。
増幅器Ａからの信号ujは電子プロセッサユニットUEへ
送られる。この電子プロセッサユニットUEはまたユニッ
トUMに信号Umを供給するプログラマブルキュリヤ発生器
と復調チェーンとを包含する。信号ujは周波数復調段お
よび積分器へ送られる。出力ejは光ファイバ間の位相変
調の差に比例する所要のアナログ信号であり、これはラ
イザのふたつの母線間の変形の差に比例する。
送られる。この電子プロセッサユニットUEはまたユニッ
トUMに信号Umを供給するプログラマブルキュリヤ発生器
と復調チェーンとを包含する。信号ujは周波数復調段お
よび積分器へ送られる。出力ejは光ファイバ間の位相変
調の差に比例する所要のアナログ信号であり、これはラ
イザのふたつの母線間の変形の差に比例する。
本発明による伸び計装置は数々の利点を有するが、そ
の中でも以下の点が特記できる。
の中でも以下の点が特記できる。
すなわち本発明装置の信頼性は充分に高く、人間が入
ることのできない不良環境下においても使用することが
可能である。これは、シースで覆われるかまたはケーブ
ルにまとめられたファイバ−オプティックセンサだけが
不良環境にさらされ、装置の残りの部分は保護環境下に
あるからである。
ることのできない不良環境下においても使用することが
可能である。これは、シースで覆われるかまたはケーブ
ルにまとめられたファイバ−オプティックセンサだけが
不良環境にさらされ、装置の残りの部分は保護環境下に
あるからである。
光ファイバ束とその保護手段を加えた横断寸法が全体
で数ミリメートルと小さいものである。このことは、ラ
イザの流体力学的特性に妨害を与えず、従ってライザ自
体に変更を加える必要がないことを意味する。本発明装
置は複合量の変換により大きな測定範囲を直線的にかつ
充分な動的許容性をもって高精度に決定を行なうことを
可能とする。
で数ミリメートルと小さいものである。このことは、ラ
イザの流体力学的特性に妨害を与えず、従ってライザ自
体に変更を加える必要がないことを意味する。本発明装
置は複合量の変換により大きな測定範囲を直線的にかつ
充分な動的許容性をもって高精度に決定を行なうことを
可能とする。
さらに本発明装置はその形成および設置が簡便であ
る。これはそのモジュラー構造のためであり、様々に異
なる構造体に広くかつ容易に取付けることができる。
る。これはそのモジュラー構造のためであり、様々に異
なる構造体に広くかつ容易に取付けることができる。
本発明はまた、測定ビームと基準ビームとがともに異
なる光ファイバ内を伝送され、これによってすべての共
通モード外部応力を排除することができるのである。
なる光ファイバ内を伝送され、これによってすべての共
通モード外部応力を排除することができるのである。
第１図は本発明に用いるファイバ−オプティク干渉計セ
ンサの概略を示す略図、第２図および第３図はこのセン
サの光ファイバと測定しようとするライザとを示す略
図、第４図はモジュラー電光ユニットの概略を示す略図
である。 １……光線ビーム、２……レーザ光線源、３……基準光
線ビーム、４……測定光線ビーム、BS……ビームスプリ
ッタ、Ｃ……集束コネクタ、５……センサ光ファイバ、
Ｍ……端部、HWP……遅延板、６……物体、７……端部
部分、7g,7h,7i,7j,7k……光ファイバ、９……戻り信
号、RM……鏡、UM……変調器、PD……ホトディテクタ、
UEO……光電ユニット、j,jq……センサ、10……管状本
体、Ａ……増幅器、PBS……セパレータ。
ンサの概略を示す略図、第２図および第３図はこのセン
サの光ファイバと測定しようとするライザとを示す略
図、第４図はモジュラー電光ユニットの概略を示す略図
である。 １……光線ビーム、２……レーザ光線源、３……基準光
線ビーム、４……測定光線ビーム、BS……ビームスプリ
ッタ、Ｃ……集束コネクタ、５……センサ光ファイバ、
Ｍ……端部、HWP……遅延板、６……物体、７……端部
部分、7g,7h,7i,7j,7k……光ファイバ、９……戻り信
号、RM……鏡、UM……変調器、PD……ホトディテクタ、
UEO……光電ユニット、j,jq……センサ、10……管状本
体、Ａ……増幅器、PBS……セパレータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マリオ・マルチネーリ イタリー国サンドナトミラネーゼ市ビ ア・アガディール 16／ビ (56)参考文献 特開 昭60−253804（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−210604（ＪＰ，Ａ) 米国特許4788868（ＵＳ，Ａ) 英国特許出願公開2136113（ＧＢ，Ａ) 英国特許出願公開2147759（ＧＢ，Ａ) 英国特許出願公開2144215（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 9/00 - 11/30 102 G01L 1/00 G01L 1/24 G01M 11/00
Claims (10)
- 【請求項１】第１の光ファイバ束及びこの光ファイバ束
の長さに等しい長さの第２の光ファイバ束の各々が異な
る長さの光ファイバから成り、第１及び第２の光ファイ
バ束が構造体の両側に配置されていて、第１の光ファイ
バ束の中を両方向に通る第１の測定レーザ光線ビームと
第２の光ファイバ束の中を両方向に通る第２の測定レー
ザ光線ビームとの間の変調差を、遠端部に反射面を有す
るファイバ−オプティック干渉計内で比較して構造体の
動的変形を解析する方法において、 （ａ）前記レーザ光線の位相変調を検知し、 （ｂ）段々と長さが増す一連の構造体部分に剛に固定し
た対応する前記異なる長さの光ファイバを介してこれら
構造体部分で生ずる長さの変化をそれぞれ測定すること
によって構造体の変形の測定を行ない、 （ｃ）前記光線ビームをビームスプリッタに入射してこ
れら光線ビームを再結合することによって生ずる干渉縞
のずれを基礎として前記第１の測定レーザ光線ビームと
前記第２の測定レーザ光線ビームとの間の位相遅れを検
出して長さの変化を測定する ことを特徴とする、構造体の動的変形を解析する方法。 - 【請求項２】請求項１記載の方法において、各構造体部
分の単一平面変形の決定を、前記構造体の対向する面ま
たは母線に沿う部分長さ変化を比較することによって行
なうことを特徴とする、構造体の動的変形を解析する方
法。 - 【請求項３】請求項１記載の方法において、前記構造体
の空間的変形の測定を、90度離れた２対または２対以上
の面または母線に沿う長さ変化を測定し比較することに
よって行なうことを特徴とする、構造体の動的変形を解
析する方法。 - 【請求項４】請求項１記載の方法において、両第１及び
第２の測定レーザ光線ビームの周波数を変調することを
特徴とする、構造体の動的変形を解析する方法。 - 【請求項５】（ａ）平行に束とされ、解析しようとする
構造体（10）に剛に接続されている異なる長さの複数本
の光ファイバ（7g,7h,7i,7k）と、 （ｂ）光ファイバ（7g,7h,7i,7k）に沿って送られる信
号を処理するものであって、 （Ａ）測定レーザ光線ビームを発する手段（LASER）、 （Ｂ）前記測定レーザ光線ビームを第１の測定レーザ光
線ビームと第２の測定レーザ光線ビームとに分割する手
段（BS）、 （Ｃ）前記第１及び第２の測定レーザ光線ビームを変調
する手段（UM）、 （Ｄ）前記第１の測定レーザ光線ビームを正しい偏光を
もって、反射可能な遠端部（Ｍ）を有する光ファイバに
通す手段（PBS,FR及びHWP）、 （Ｅ）前記第２の測定レーザ光線ビームを正しい偏光を
もって、反射可能な遠端部（Ｍ）を有する第２の光ファ
イバに通すとともに、光ファイバの遠端部で反射した前
記第１又は第２の測定レーザ光線ビームにより生ずる応
答測定レーザ光線ビームが前記第１又は第２の測定レー
ザ光線ビームと干渉するのを防止する手段（PBS,FR及び
HWP）、 （Ｆ）第１及び第２の応答測定レーザ光線ビームを結合
する手段（BS）、 （Ｇ）共通モード強度ノイズを排除する手段（PD）、及
び （Ｈ）結合手段（BS）からの結合された信号を増幅する
手段（Ａ） から成るモジュラー電子ユニット（UEO）と、 （Ｃ）ファイバ−オプティック干渉計センサ（j,jq）を
出た信号をアナログ信号に処理する電子ユニット（UE）
と を包含することを特徴とする、請求項１記載の方法を用
いて構造体の動的変形を解析するためのファイバ−オプ
ティック干渉計システム。 - 【請求項６】請求項５記載のシステムにおいて、前記光
ファイバ（7g,7h,7i,7k）が偏光維持光ファイバである
ことを特徴とするファイバ−オプティック干渉計システ
ム。 - 【請求項７】請求項５記載のシステムにおいて、光ファ
イバ（7g,7h,7i,7k）が異なる長さの光ファイバを有す
る複数の同形の束に分けられ、90度間隔を置いたセンサ
のダブルアセンブリとして、解析しようとする構造体
（10）上に配置されていることを特徴とするファイバ−
オプティック干渉計システム。 - 【請求項８】請求項５記載のシステムにおいて、前記光
ファイバ束をケーブル芯線に組み合せこれを保護シース
内に挿置したことを特徴とするファイバ−オプティック
干渉計システム。 - 【請求項９】請求項５記載のシステムにおいて、各光フ
ァイバの光線ビーム入力端部を前記光ファイバの軸線に
鉛直な平面内に設けたことを特徴とするファイバ−オプ
ティック干渉計システム。 - 【請求項１０】請求項５記載のシステムにおいて、前記
光ファイバ束が解析しようとする構造体と同じ長さを有
しこれに平行して固着せしめられていることを特徴とす
るファイバ−オプティック干渉計システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT8920963A IT1237486B (it) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | Procedimento e dispositivo a sensori interferometrici a fibra ottica per l'analisi della deformazione dinamica di una struttura o di suoi componenti |
| IT20963A/89 | 1989-06-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0354427A JPH0354427A (ja) | 1991-03-08 |
| JP3057322B2 true JP3057322B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=11174691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2163022A Expired - Lifetime JP3057322B2 (ja) | 1989-06-23 | 1990-06-22 | 構造体の動的変形を解析する方法及びそのためのファイバーオプティック干渉計システム |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0404242B1 (ja) |
| JP (1) | JP3057322B2 (ja) |
| BR (1) | BR9003105A (ja) |
| DE (1) | DE69002702T2 (ja) |
| DK (1) | DK0404242T3 (ja) |
| ES (1) | ES2043254T3 (ja) |
| IT (1) | IT1237486B (ja) |
| MX (1) | MX172748B (ja) |
| NO (1) | NO300345B1 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2689632B1 (fr) * | 1992-04-02 | 1997-09-19 | Thomson Csf | Detecteur a fibre optique de contraintes. |
| WO1996031756A1 (en) * | 1995-04-04 | 1996-10-10 | Cambridge University Technical Services Limited | Optical fibre sensor |
| US5892860A (en) * | 1997-01-21 | 1999-04-06 | Cidra Corporation | Multi-parameter fiber optic sensor for use in harsh environments |
| US6016702A (en) * | 1997-09-08 | 2000-01-25 | Cidra Corporation | High sensitivity fiber optic pressure sensor for use in harsh environments |
| DE19905687A1 (de) * | 1999-02-11 | 2000-09-07 | Deha Ankersysteme | Vorrichtung zur Bestimmung der Biegebeanspruchung von Bauteilen |
| CA2312237A1 (en) * | 2000-06-23 | 2001-12-23 | Erick Girouard | Pressure regulator |
| DE102006059439B4 (de) * | 2006-12-15 | 2018-01-25 | Prüftechnik Dieter Busch AG | Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen Messung der axialen Deformation einer rotierenden Hohlwelle |
| EP2166328A1 (en) * | 2008-09-22 | 2010-03-24 | Universita' degli studi di Bari | System for optical fiber strain measure |
| JP5619571B2 (ja) * | 2010-11-05 | 2014-11-05 | 三菱重工業株式会社 | ライザー管及びライザー管の応答分布計測システム |
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|---|---|---|---|---|
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| GB2136113B (en) * | 1983-03-05 | 1986-08-06 | Plessey Co Plc | Improvements relating to optical sensing systems |
| GB2144215B (en) * | 1983-07-28 | 1988-06-22 | Cise Spa | Interferometric detector with fibre-optic sensor |
| GB2147759B (en) * | 1983-08-24 | 1987-04-15 | Plessey Co Plc | Optical sensor |
| US4788868A (en) * | 1986-03-27 | 1988-12-06 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Strain measurement apparatus and method |
-
1989
- 1989-06-23 IT IT8920963A patent/IT1237486B/it active
-
1990
- 1990-06-18 DK DK90201570.0T patent/DK0404242T3/da active
- 1990-06-18 ES ES90201570T patent/ES2043254T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1990-06-18 EP EP90201570A patent/EP0404242B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-06-18 DE DE90201570T patent/DE69002702T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-06-21 NO NO902763A patent/NO300345B1/no not_active IP Right Cessation
- 1990-06-22 MX MX021301A patent/MX172748B/es unknown
- 1990-06-22 JP JP2163022A patent/JP3057322B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1990-06-22 BR BR909003105A patent/BR9003105A/pt not_active IP Right Cessation
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|---|---|
| DE69002702T2 (de) | 1994-03-10 |
| EP0404242B1 (en) | 1993-08-11 |
| NO902763D0 (no) | 1990-06-21 |
| EP0404242A1 (en) | 1990-12-27 |
| MX172748B (es) | 1994-01-10 |
| NO300345B1 (no) | 1997-05-12 |
| BR9003105A (pt) | 1991-08-27 |
| JPH0354427A (ja) | 1991-03-08 |
| DE69002702D1 (de) | 1993-09-16 |
| ES2043254T3 (es) | 1993-12-16 |
| NO902763L (no) | 1990-12-27 |
| DK0404242T3 (da) | 1993-10-25 |
| IT1237486B (it) | 1993-06-07 |
| IT8920963A0 (it) | 1989-06-23 |
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